MIMO-OFDM系统关键技术研究

论文摘要

MIMO-OFDM技术不仅能提高频谱效率,而且具有良好的抗多径干扰能力,已成为第四代移动通信系统的关键技术之一,但有些关键问题需要进一步的完善。MIMO-OFDM系统的主要缺点之一是其信号对多普勒频移非常敏感,微小的频率偏移即可造成严重的子载波间干扰（ICI）。在未来移动通信系统中,载波频率更高,移动速度更快,多普勒频移造成的子载波间干扰将成为一个待解决的难题。MIMO-OFDM系统的另一个主要缺陷是其具有较高的峰值平均功率比（PAPR）,从而当信号的峰值超过功率放大器（HPA）的线性动态范围时,会引入非线性失真,影响信号的传输性能。为了避免高PAPR带来的非线性失真,本文分析了OFDM移动通信系统中的PAPR抑制技术,重点对限幅滤波技术进行了深入的研究,通过对峰值较高的信号进行削波处理,使信号幅度变化在功率放大器的允许范围内。为了抑制ICI对系统的干扰,本文分析了OFDM系统及MIMO-OFDM系统中的信道估计、ICI抑制技术。在此基础上,提出了基于迭代干扰抑制的时变信道估计算法。通过对噪声/干扰的迭代抑制,提高了信道估计的精度。为了进一步提高频谱利用率,本文又提出了基于优化导频图案的时变信道估计算法,该算法假设信道的多径信息（多径数和多径时延）在一帧周期内保持不变,通过优化导频结构来降低导频数目,提高频谱利用率,而信道估计精度逼近基于迭代干扰抑制的时变信道估计算法。本文最后提出了一种基于循环滑窗的MIMO-OFDM系统ICI抑制算法,该算法较传统的ICI抑制算法复杂度有所降低,但其对ICI的抑制性能损失较小。本文第一章回顾了移动通信发展的历史,介绍了MIMO技术、OFDM技术以及MIMO-OFDM技术,说明了MIMO-OFDM技术是下一代移动通信的核心技术,并指出PAPR抑制和ICI抑制技术是MIMO-OFDM系统中的关键技术。本文第二章研究了OFDM系统中的PAPR抑制技术,在分析传统的PAPR抑制技术基础上,深入研究了一种低复杂度的限幅滤波技术.该算法可用一次限幅滤波过程取代传统算法中的多次迭代限幅滤波,降低了实现复杂度,并从数字仿真和实验两方面论证了算法的有效性。本文第三章研究了MIMO-OFDM系统中ICI抑制技术,分析了现有的ICI抑制技术,提出了一种基于循环滑窗的MIMO-OFDM系统ICI抑制技术,该方法只考虑产生本天线以及天线间ICI的主要几个子载波的影响,在性能损失很小的前提下,有效降低计算复杂度。本文第四章研究了OFDM系统中的时变信道估计算法。首先分析了OFDM系统中典型的时便信道估计算法,通过对典型时变信道估计算法的改进,提出了一种基于迭代干扰抑制的时变信道估计算法,有效提高了信道估计的精度。另外,结合OFDM系统发射信号具有帧结构的特点,假设信道多径信息在一帧周期内保持不变,提出了基于优化导频图案的时变道估计算法,该算法只需在每帧的第一个符号进行信道多径数及多径时延的估计,其余符号直接利用第一个符号确定的信道信息估计本符号内的信道冲激响应。该算法不仅降低了计算复杂度,而且有效提高了频谱利用率。最后,第五章对全文进行了概括性的总结,明确了下一步有待进行的工作和未来的一些研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 移动通信系统发展概况
• 1.2 MIMO技术
• 1.2.1 MIMO基本原理
• 1.2.2 MIMO系统模型
• 1.3 OFDM技术
• 1.3.1 OFDM基本原理
• 1.3.2 OFDM技术的优缺点
• 1.4 MIMO-OFDM技术
• 1.5 本文的主要内容及创新
• 第二章 OFDM系统中峰值平均功率比抑制技术
• 2.1 OFDM系统中峰均比定义
• 2.2 OFDM系统中峰均比抑制技术综述
• 2.2.1 编码方法
• 2.2.2 预畸变方法
• 2.2.3 其他方法
• 2.3 低复杂度的限幅滤波技术
• 2.4 数字仿真结果和分析
• 2.5 实验测试结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 MIMO-OFDM系统载波间干扰抑制技术研究
• 3.1 MIMO-OFDM系统中ICI的影响
• 3.1.1 SISO-OFDM系统中的ICI分析
• 3.1.2 MIMO-OFDM系统中ICI分析
• 3.2 MIMO-OFDM系统中ICI抑制技术综述
• 3.2.1 SISO-OFDM系统中的ICI抑制技术
• 3.2.2 MIMO-OFDM系统的ICI抑制技术
• 3.3 一种新的基于循环滑窗的MIMO-OFDM系统ICI抑制技术
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 算法复杂度分析
• 3.3.3 数字仿真结果和分析
• 3.4 小结
• 第四章 MIMO-OFDM系统时变信道估计技术
• 4.1 无线信道的传输特性
• 4.1.1 时间选择性衰落
• 4.1.2 频率选择性衰落
• 4.2 MIMO-OFDM系统中信道估计算法综述
• 4.3 一种新的基于迭代干扰抑制的时变信道估计算法
• 4.3.1 典型的时变信道估计算法原理推导
• 4.3.2 一种新的基于迭代干扰抑制的时变信道估计算法
• 4.4 一种新的基于优化导频图案的时变信道估计算法
• 4.4.1 基于优化导频图案的时变信道估计算法原理
• 4.4.2 MIMO-OFDM系统中优化导频图案的时变信道估计算法
• 4.5 数字仿真结果和分析
• 4.6 复杂度分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 本文贡献
• 5.2 对下一步工作的建议和未来研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果
• 附录
• 个人简历